JP3718002B2 - Threaded pile joint - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はネジ接続される雄継手と雌継手との間に緩止め機構を介在させたネジ式杭継手に係り、特に接続が完了した後から逆転力が作用した場合にも継手部が緩むことのないように構成されたネジ式杭継手に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来も、例えば実開昭60ー195328号公報、特公昭50ー25255号公報、実公昭40ー6043号公報、実開昭61ー84734号公報、実開昭56ー130034号公報、特開平8ー60652号公報、特公昭56ー36248号公報等に示す如く、雄継手と雌継手とをネジを用いて接続するネジ式継手が開発されている。
【0003】
これ等の公知のネジ式継手は一般的に、予め杭を施工する場所の地盤に掘削された杭穴に設置される既製杭の接続に使用されるネジ式継手に関するものである。このように予め掘削された杭穴に杭を設置し、その周りにコンクリートミルクを注入して固定する方式に於いては、これに使用される杭継手の曲げに対しての耐力と垂直荷重に対しての圧縮耐力が機能的に要求されるのみで、杭自体及びこれ等の杭を接続している杭継手にも軸トルクが掛かることは無かった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、前述の従来の公知技術に示すネジ式継手は、地中に掘削された杭穴に既製杭を設置する場合の接続には使用することが出来るが、地中に杭穴を設けずに、杭の外周に螺旋羽根を突設し、杭にねじりトルクを掛けながら螺旋羽根で地盤を切り進ませて杭の埋設を施工する無排土回転埋設工法に於いてこれ等を使用した場合には、次のような多くの問題があった。
【0005】
即ち、無排土回転埋設工法に於いては、杭を埋設する場所の地盤の性状によっては、杭の施工時に杭を逆転させながら引き抜く作業を組み合わせながら施工する必要があるので、これ等の杭の継手部に対しても同様に正転及び逆転の力が作用し、該継手部に大きな軸トルクが掛かっていた。このような大きな軸トルクがネジ式の継手部に掛かった場合には、前述の従来の公知技術の杭継手では適切な逆転防止対策が充分に施されていないので、ネジ式接続部分では接続部が逆転して緩む問題があった。
【0006】
前述の従来のネジ式杭継手には適切な逆転防止対策がないために、結局無排土回転埋設に使用される杭を接続する場合には、昔から実施された溶接接合に頼るしか手段がないのが実情であった。
【0007】
しかし、既製杭を溶接によって接続する構造に於いては、全体の構造が簡単である反面で、杭の鉛直精度を守ることが困難である問題があった。更に杭の溶接作業を施工する場合には、熟練を要し、かつ感電事故が発生する心配のある雨天時には施工出来ない等の多くの問題もあった。
【0008】
更に、仮にネジ式杭継手の中に緩止防止機構を組込んだ場合にも、回転角が問題であり、継手内に組込まれた逆転緩止機構が作用するまでに、接合面が開くほどに回転したのでは、仮に緩止めが出来たとしても、杭の正転時にその隙間に泥土が浸入して噛み込まれてしまい、これによって継手部にトラブルが発生し、また接合部の信頼を無くす問題もあった。
【0009】
一般的に無排土回転埋設工法で杭を施工する時には、回転埋設装置で発生することのできる最大トルクの60%程度で正転させて埋設しているが、杭を逆転させる必要があるという不測の事態が発生した場合には、100%の逆トルクを掛けなければならなくなる。従って、逆転時の杭継手には、前記回転埋設装置が発生する最大トルクに充分耐えることが出来る緩止機構が必要である。
【0010】
本発明に係るネジ式杭継手は、従来の前述の多くの問題点に鑑み開発された全く新しい技術であって、特に接合される杭の鉛直性を保つことが出来、かつ接合が極めて容易に施工出来、更に無排土回転埋設工法に於いて杭及びその継手部が逆転された際にも、継手部に緩みが生ずることがないようにしたネジ式杭継手の技術を提供するものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るネジ式杭継手は、前述の従来の問題点を根本的に改善した技術であって、その第1発明の要旨は、相互にネジ接続される雄継手と雌継手との間にリング状逆転緩止部材が介在された杭継手に於いて、前記リング状逆転緩止部材の片表面には3°〜6°の下り勾配を有する複数個の突起部が設けられ、該複数個の突起部が設けられたリング状逆転緩止部材の片表面全体の面積は前記雄継手と雌継手とのネジ接触面の総面積の3分の1以上の面積で、かつ前記雄継手と雌継手とで相互に押圧し合って接触される面の面積の130〜160%の面積を有していることを特徴としたネジ式杭継手である。
【0012】
また、本発明の第2発明の要旨は、雄継手と雌継手との間に介在されるリング状逆転緩止部材は単数或いは2個一対のものより構成されることを特徴とした第1発明のネジ式杭継手である。
【0013】
本発明に係るネジ式杭継手は、ネジ締方向に下り勾配を有する複数個の突起部が片表面に設けられかつ片表面に滑り止めが設けられたリング状逆転緩止部材をネジ式の雄継手と雌継手との間に介在させて構成したものである。
【0014】
また、リング状逆転緩止部材は2個を一対として使用する場合と、単独のものを使用する場合とがある。前者の場合は各リング状逆転緩止部材を夫々雄継手と雌継手とに取付け、これ等の一対のリング状逆転緩止部材を相互に噛合させるようにして構成した場合である。また、後者の場合は、1個のリング状逆転緩止部材を雄継手或いは雌継手に取付け、かつリング状逆転緩止部材が取付けられていない、他方の継手の所定部分に、リング状逆転緩止部材の片表面に設けられた凹凸面と噛合し得る凹凸面を設けて構成した場合とである。
【0015】
更に、リング状逆転緩止部材を取付ける場所と、或いは該リング状逆転緩止部材の片表面の凹凸面と噛合し得る凹凸面を設ける場所とは、雄継手と雌継手との夫々の2個所が可能である。即ち、雄継手に於いてはその先端部と外径基部とが可能であり、雌継手に於いては、内底部と先端部とが可能である。
【0016】
本発明に於ける杭継手に於いては、ネジ締方向に下り勾配を有し、ネジのリード角より大きいリード角度を持ったリング状逆転緩止部材が雄継手と雌継手との間に配置されているので、杭及びこの杭の継手部に逆転トルクが作用した時に、このリング状逆転緩止部材が反発力を発生し、ネジの摩擦力に対抗して、継手部に緩みが発生することを防止出来る。
【0017】
この本発明に係る杭継手は、構造物を支える杭であることから前述のように接合面で同心度、鉛直性を保たねば杭に作用する荷重を全て保証することはできない。一般には、建設省の指導により溶接継手効率と称してその部分の保証強度を5%低減している。これは、現場での溶接作業であり接合条件が管理しにくいこと、接合面の広さに対して柱体である2本の杭の鉛直性を黙視でしか確認できないことなどがその根拠として上げられている。
【0018】
この本発明に係る杭継手においては、工場生産で、接合性を管理保証しているため、低減を考慮しなくてもよい。接合する場合に規定のトルクで締め付けると接合面には、ごくわずかな弾性変形が発生し、接合をより確実なものにすることができる。
【0019】
即ち、杭が正転方向に回転しかつ雄継手と雌継手とがネジ部で規定のトルクで接合されている時には、雄継手と雌継手との間に介在されたリング状逆転緩止部材の片表面の複数の突起部が相互に噛合しており、これによってねじりトルクによって発生する軸力をその片表面で全て支えることが出来る。
【0020】
しかし、杭が前述のように逆転する時には、雄継手と雌継手とに設けた複数個の突起部は相対的に相異なる方向へズレる動きをするので、この突起部が設けられたリング状逆転緩止部材の片表面でねじりトルクによって発生する軸力を全て支えることが困難になる。従ってリング状逆転緩止部材の片表面の接触面積は大きな面積にする必要がある。
【0021】
前述した様に、本発明のネジ式杭継手に於いては、下り勾配を持った複数の突起部よりなる凹凸状のカム面を片表面に設けたリング状逆転緩止部材を雄継手と雌継手との間に介在させて雄継手と雌継手とをネジ接合するので、両者のカム面は相対運動によって突出した突起部を登り始め、ネジ部の軸方向のクリアランスがなくなるので、リング状逆転緩止部材のカムの噛合作用によって軸方向に発生する力とバランスした状態で雄継手と雌継手とを相互に緊縛して安定して固定することが出来る。
【0022】
【発明の実施の形態】
図により本発明に係るネジ式継手の一実施例を具体的に説明すると、図1(A),(B)は本発明に係る第1実施例の杭継手の構造を示す縦断面説明図、図2はリング状逆転緩止部材の斜視説明図、図3(A),(B)は、図2のリング状逆転緩止部材の側面及び正面図、図4は雄継手の押圧し合って接触される面とネジ部の接触面との関係を示す説明図、図5は雄雌継手の押圧し合って接触される2個所の関係を示す説明図である。
【0023】
図6は雄雌継手の押圧し合って接触される個所が1個所である場合と2個所である場合の強度を比較する説明図、図7(A),(B)は本発明の第2実施例の杭継手を示す縦断面説明図、図8(A),(B)は夫々第3実施例及び第4実施例の杭継手を示す縦断面説明図、図9(A),(B)は第5実施例の杭継手を示す縦断面説明図、図10(A),(B)は第6実施例の杭継手を示す縦断面説明図、図11(A)は逆転緩止機構の動作説明図、図11(B)は逆転緩止機構の勾配面での力関係を表示する図式、図12は本発明の逆転緩止機構を備えた杭継手の捻じり試験の結果を示すグラフ図である。
【0024】
図1(A),(B)に於いて、1,2は夫々鋼管製の杭本体であり、杭本体1の端部には円筒状の雄継手3が取付けられており、かつ杭本体2の端部には円筒状の雌継手4が取付けられている。前記雄継手3の外周壁には、杭本体1の端部を嵌着し得る段部5と雌継手4の先端部を当接し得る外径基部6とが設けられ、かつ雄継手3の先端小径部の外周面にはネジ部7が設けられている。
【0025】
前記雌継手4の外周壁には杭本体2が嵌着し得る段部8が設けられている。また雌継手4の内周面には、前記雌継手3のネジ部7に螺合し得るネジ部9が設けられている。前述のような構造を有する雄継手3と雌継手4とを相互に接続した場合には、雌継手4の先端部が雄継手3の外径基部6に当接されると同時に、雄継手3の先端部が雌継手4の内底部10に当接され、雄継手3と雌継手4とがこれ等の2個所に於いて、相互に押圧し合わされるように構成されている。
【0026】
上記実施例に於いて、雄継手3の外径基部6は雄継手3の長手方向に対して直角な平面(起立平面)を持って形成されている。また、この外径基部6の起立平面は杭本体1,2の管断面の肉厚と等しいかそれ以上の肉厚を有している。また杭本体1,2と雄雌継手3,4との接続外周部には、溶接の際に使用されるV開先溝11が設けられている。
【0027】
次に図1乃至図3に於いて、12はリング状逆転緩止部材であって、図に示すように雌継手4の内底部10内に嵌入し得るリング体より形成され、かつその片表面12aにはネジの締め方向に下り勾配が放射状に円周状に複数個突出させた凹凸面が穿設されると共に、その片裏面12bには滑り止め用の凸起が施されている。この滑り止めによって片裏面12bの摩擦が片表面12aより大きくなるように配慮されている。この滑り止めには、強度の高い材質よりなる球状物体をリング状逆転緩止部材12の裏表面に圧入したり、溶接によってビードを盛り上げたりして形成することが出来る。図1(B)に於いては、該片裏面12bの凸部が嵌入し得る凹部を雄継手3の先端部と雌継手4の内底部10に穿設したが、この凹部は該凸部の圧着によって形成されたものであり、予め設ける必要はない。
【0028】
前記リング状逆転緩止部材12は雄継手3の先端部に取付けられている。かつ雌継手4の内底部10の表面には、リング状逆転緩止部材12の片表面12aに設けた凹凸面と噛合し得る凹凸面10aが形成されており、雄継手3と雌継手4とを相互にネジ接合した際には、これ等のリング状逆転緩止部材12の片表面12aと、内底部10の凹凸面10aとが噛合されるように構成されている。これによって雄雌継手3,4に逆転の力が加わった場合にも、両者の逆転緩みを防止することが出来るように構成されている。
【0029】
図3(A)に於いて、前述のリング状逆転緩止部材12の片表面12aと及び雌継手4の内底部10とに夫々設けられた複数の突起部の下り勾配の角度12αは、夫々3°〜6°に形成されている。これ等の突起部の下り勾配の角度12αは前記雄雌継手3,4のネジ部7,9のリード角より大きくなるような角度で形成されている。
【0030】
その理由は、杭本体1,2及びこれ等の杭本体1,2を接続する雄雌継手3,4に逆転の力が作用した場合には、前記ネジ部7,9のリードよりも、リング状逆転緩止部材12の片表面12aと雌継手4の内底部10との接触面のリード量を大きくし、逆転の際の力が大きくなった場合に雄雌継手3,4を軸方向に安定した状態で緊縛することが出来るようにするためである。
【0031】
リング状逆転緩止部材12と雌継手4の内底部10とは前述のようにそれ等の凹凸面で噛合されているが、雄継手3の外径基部6と雌継手4の先端部とが相互に接触される雄雌継手3,4の外周部では、弾性変形を起こし、両者が相互に密着されて接合された状態になっている。この状態で杭本体1,2及び雄雌継手3,4を逆転させると、図3(A)に示すような12cの面は今迄の接触面が離別し、12dの面が接する状態となる。
【0032】
本発明に於いては、前述のようにリング状逆転緩止部材12と雌継手4の内底部10とに設けた突起部の下り勾配角度12αを3°〜6°に設定したが、種々の実験を行った処、外径100mm〜270mm、ネジ部7,9のネジピッチ(1条ネジのためにリードとピッチは同じ量)6mmの杭本体1,2においては、3.5°〜4°付近のものが最も効果的であることが判明した。実験的には、5.71°の角度のものも有効であり、凹凸カム面の摩擦力やリング状逆転緩止部材12の設置される状況等によって、摩擦角度が大きく変化するので、これ等のことを考えると3°〜6°の範囲のものが好適である。
【0033】
次にリング状逆転緩止部材12の形状について、種々の観点から検討し、かつ実験すると、リング状逆転緩止部材12の片表面12aの全体の面積を特定する必要があることが判明した。即ち、リング状逆転緩止部材12と雌継手4の内底部10とが接触する面積は、杭本体1,2自体の設計に大きく関係している。
【0034】
例えば、締結トルクが3トン−mの鋼管杭1,2でネジ部7,8の有効径が243mm、ネジのリードが6mmの場合に、軸方向に発生する力は約72トンとなる。これによってネジ部7,9のネジ山数は杭1,2の所要耐力から実験的に決定される。
【0035】
その結果、リング状逆転緩止部材12の片表面12aの全体の面積は、雄継手3と雌継手4とのネジ部7,9の接触面の総面積3分の1以上が必要であり、更に雄継手3と雌継手4とが、外周部の雄継手3の外径基部6と雌継手4の先端部とで相互に押圧し合って接触される面の面積130〜160%の面積を有していることが必要であることが判明した。
【0036】
リング状逆転緩止部材12の片表面12aの面積がネジ部7,9の接触面積の3分の1以上が必要とされる根拠は、雄継手3と雌継手4との外周部の接触面積とリング状逆転緩止部材12の片表面12aと雌継手4の内底部10との接触面積との合計面積が、ネジ部7,9の接触面積より大きくなる場合には、ネジ部7,9のネジ面に発生する接触応力がリング状逆転緩止部材12と雌継手4の内底部10との接触面に発生する応力を越える場合に、ネジ部7,9で接合される雄雌継手3,4の本来の接合目的を逸して、ネジ部7,9の接合部に変形が生ずるからである。
【0037】
また、前述のようにリング状逆転緩止部材12の片表面12aの面積がネジ部7,9の接触面の3分の1以上必要であることを図示すると、図4に示す通りである。即ち図4に於いて、A1は雄継手3の先端部と雌継手4の内底部10との接合押圧部を示し、A2は雄継手3の外径基部6と雌継手4の先端部との接合押圧部を示し、A3は雄継手3,4のネジ部7,9の噛合部を示している。
【0038】
また、リング状逆転緩止部材12の片表面12aの面積、即ちリング状逆転緩止部材12と雌継手4の内底部10との接触面積が雄継手3の外径基部6と雌継手4の先端部との接触面積の130%〜160%の面積としなければならない理由は、雄雌継手3,4が少し逆転して相対的位置が変化した時、リング状逆転緩止部材12の接触面では、雄継手3の外径基部6の接触面積と同一となり、この外径基部6の接触面で発生している応力と、リング状逆転緩止部材12の接触面で発生している応力とほぼ平衡することになり、継手全体としてみる場合に、応力分布を均一に近くすることが出来るためである。
【0039】
前述のようにリング状逆転緩止部材12と雌継手4の内底部10との接触面積(リング状逆転緩止部材12の片表面12aの面積)が雄継手3の外径基部6と雌継手4の先端部との接触面積130〜160%の面積を必要とする理由を示すと図5に示す通りである。即ち、雄雌継手3,4に逆転力が生じることにより、リング状逆転緩止部材12の接触面12aに於いて雄継手3の先端部とズレが生じることにより、接触面12aの面積が減少する。ここで本発明による面積比率でリング状逆転緩止部材12を作製すれば、該リング状逆転緩止部材12により緩み止め機構が最も効果的に作用するズレが生じた位置において、リング状逆転緩止部材12と雌継手4の内底部10との接触面積と、雄継手3の外径基部6と雌継手4の先端部との接触面積はほぼ等しくなることから、両者の接触面における応力状態は図5に示すように、リング状逆転緩止部材12の接触面12aにおける応力F1に対し、雄継手3の先端部では接触面が相対的に大きいため、応力F1′はF1よりも小さく、雄継手3の外径基部6もしくは雌継手4の先端部における応力F2、F2′も同様にF1程度の応力状態となって、両接触面に極端な偏応力が生じないことから、部材の強度を十分に発現させることが可能となる。
【0040】
図6のグラフに示すように、雄継手3と雌継手4とを夫々2個所で押圧し合わせることによって、杭継手の接続に大きな強度を持たせることが出来ることも明らかである。即ち、グラフ▲1▼は雄雌継手3,4を1個所で押圧し合わせる場合であり、グラフ▲2▼は雄雌継手3,4を2個所で押圧し合わせる場合であり、継手部の曲げ試験を行った処、後者の方が前者よりも継手部の曲げ強度が30%程度高い値を示していることが明らかである。
【0041】
上記第1実施例に於いては、リング状逆転緩止部材12を雄継手3の先端部に取付け、雌継手4の内底部10に凹凸面を設けて構成したが、図7(A),(B)に示す第2実施例の如く、リング状逆転緩止部材13を雌継手4の内底部10に取付け、かつリング状逆転緩止部材13の片表面13aに設けた凹凸面と噛合し得る凹凸面3aを雄継手3の先端部に設け、これ等を組合せることによっても同様な作用効果を得ることが出来る。
【0042】
図8(A),(B)に示す第3実施例及び第4実施例は、夫々リング状逆転緩止部材14,15を雄継手3の外径基部6と雌継手4の先端部との間に介在させた場合の実施例である。同図(A)に於いては、リング状逆転緩止部材14を雌継手4の先端部に取付けると共に、このリング状逆転緩止部材14の片表面14aに設けた凹凸面と噛合し得る凹凸面6aを外径基部6に設けることによって構成している。同図(B)に於いては、リング状逆転緩止部材15を雄継手3の外径基部6に取付け、雌継手4の先端部に凹凸面4aを設けることによって構成している。これ等の図8(A),(B)に示す第3及び第4実施例の場合には、リング状逆転緩止部材14,15の片表面14a,15aの凹凸面の面積が、雄継手3の先端部と雌継手4の内底部10との押圧接合面の130〜160%になるように構成されている。
【0043】
上記実施例に於いては、1個のリング状逆転緩止部材12,13,14,15を夫々独立させて雄雌継手3,4との間に挿入して使用しているが、図9(A),(B)及び図10(A),(B)の第5及び第6実施例に示す如く、一対のリング状逆転緩止部材16,17或いはリング状逆転緩止部材18,19を夫々使用し、これ等のリング状逆転緩止部材16,17,18,19を雄継手3或いは雌継手4の所定位置に対応させた状態で取付けることによって、組立構成することも可能である。
【0044】
図11(A)に示す図は、逆転緩止機構の動作説明図であって、杭継手のネジのリードを6mm、リング状逆転緩止部材のリードを48mmとして設定した場合について数値で説明すると次の通りである。リードとはネジが360度回転したときに進む量である。例えば一対のリング状逆転緩止部材が相対的に15度ずれたときに作用したとすると、ネジは0.25mm緩むが、リング状逆転緩止部材は2mm緩むことになり、その差分1.75mmが緊縛力として雄雌継手のネジ部分に作用することが明らかである。
【0045】
上述の関係を更に数式で詳述すると次の通りである。即ち、第1実施例に於けるリング状逆転緩止部材12の片表面12aの突起部の数は、その片表面12aと雌継手4の内底部10との接触面積と接触面圧力との関係によって、接触面を荒らさない程度の接触応力20kg/mm2 から決定される。この場合には16山として構成した。
【0046】
図11(A)に於けるA点で雄雌継手3,4を接触させた後、更に0.5mm締め込んで位置決めをする。B点は逆転を行い0.25mm戻った位置とする。そして前述のようにネジのリードを6mm、リング状逆転緩止部材12のリードを48mmとすると、6÷0.25=24、360°÷24=15°、48×15°÷360°=2mm、即ち、ネジ面が0.5mm締め込まれた位置から0.25mm逆転されると円周方向には、15°戻ったことになり、リング状逆転緩止部材12のリードから計算すると、図3(A)に示すリング状逆転緩止部材12の面12dか2mmずれたことになる。しかし、雄雌継手3,4のネジ部7,9のリードも同様の方向に移動しているので、実際には2mm−0.25mm=1.7mm分の緊縛力が内部に発生していることになる。
【0047】
また、図11(B)に示す図は、逆転緩止機構の勾配面での力関係を表示する図式であり、リング状逆転緩止部材の片裏面に要求される摩擦抵抗力の関係を示す図である。リング状逆転緩止部材の片表面の滑り止めは、図11(B)で勾配面の力関係を現すことで明らかなように、ネジの締め付け力によって発生する軸方向の力Wと、勾配の角度α°と面の摩擦係数μとの関係として与えられる。すなわち上記の各記号間にはF=W×tanαの関係がある。これより、片裏面の滑り止めに要求される摩擦抵抗力は、この値より大きい数値を与えるように設定する必要があり、実験の結果はF=Cn+tan5.71で表されることがわかった。ここにCは滑り止め1個当たりの摩擦力であり、nは滑り止めを設置する個数である。
【0048】
本発明に係る第1実例の杭継手についてねじり試験をした処、図12のグラフに示すような結果が得られた。即ち、このグラフでは、約3トン−mのトルクを杭継手に作用させて締結を行った後、緩めるために逆転のトルクを作用させた経過を示したものである。このグラフで明らかなように、締め付けトルク約3トン−mで締められた継手は、約5トン−mの逆転トルクを受けても緩まないことが明らかとなった。
【0049】
【発明の効果】
本発明に係るネジ式杭継手は、前述のような構造と作用とを有するので、本発明のネジ式杭継手を実施することによって、次のような多大な効果を有することが出来る。
【0050】
(1)本発明に於いては、雄雌継手の相互間にリング状逆転緩止部材を介在させたので、このリング状逆転緩止部材の作用により雄雌継手の接続部に逆転による緩みが生ずることを防止出来る。(2)特に請求項1に記載された条件を満足させるように雄雌継手を接続することによって、両者を相互に完全に接合させることが出来、杭打ちの状況によって継手部に逆転力を必要とする場合にも、接続部に緩みが生ずることがない。(3)杭打ちの現場での天候や、施工技術者の勘や技量に左右されることなく、簡単かつ正確に杭を接合することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(A),(B)は本発明に係る第1実施例の杭継手の構造を示す縦断面説明図である。
【図2】リング状逆転緩止部材の斜視説明図である。
【図3】図3(A),(B)は図2のリング状逆転緩止部材の側面図及び正面図である。
【図4】雄雌継手の押圧し合って接触される面とネジ部の接触面との関係を示す説明図である。
【図5】雄雌継手の押圧し合って接触される2個所の関係を示す説明図である。
【図6】雄雌継手の押圧し合って接触される個所が1個所である場合と2個所である場合の強度を比較する説明図である。
【図7】図7(A),(B)は本発明の第2実施例の杭継手を示す縦断面説明図である。
【図8】図8(A),(B)は夫々第3実施例及び第4実施例の杭継手を示す縦断面説明図である。
【図9】図9(A),(B)は第5実施例の杭継手を示す縦断面説明図である。
【図10】図10(A),(B)は第6実施例の杭継手を示す縦断面説明図である。
【図11】図11(A)は逆転緩止機構の動作説明図、図11(B)は逆転緩止機構の勾配面での力関係を表示する図式である。
【図12】本発明の逆転緩止機構を備えた杭継手の捻じり試験の結果を示すグラフ図である。
【符号の説明】
1,2 杭本体
3 雄継手
4 雌継手
5 段部
6 外径基部
7 ネジ部
8 段部
9 ネジ部
10 内底部
11 V開先溝
12,13,14,15,15 リング状逆転緩止部材
12a,13a,14a,15a 片表面
12b,13b,14b,15b 片裏面
16,17,18,19 リング状逆転緩止部材
16a,17a,18a,19a 片表面
16b,17b,18b,19b 片裏面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a threaded pile joint in which a loosening prevention mechanism is interposed between a male joint and a female joint to be screwed, and in particular, the joint is loosened even when a reverse force is applied after the connection is completed. The present invention relates to a threaded pile joint that is configured so as not to have any.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, for example, Japanese Utility Model Publication No. 60-195328, Japanese Patent Publication No. 50-25255, Japanese Utility Model Publication No. 40-6043, Japanese Utility Model Application Publication No. 61-84734, Japanese Utility Model Application Publication No. 56-130034, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8 As shown in Japanese Patent Publication No. 60652, Japanese Patent Publication No. 56-36248, etc., a threaded joint for connecting a male joint and a female joint using screws has been developed.
[0003]
These known threaded joints generally relate to threaded joints that are used to connect pre-made piles that are installed in pile holes that have been excavated in the ground where the piles are pre-constructed. In this way, piles are installed in pre-excavated pile holes, and concrete milk is poured around them to fix them. The compressive yield strength was only required functionally, and no axial torque was applied to the piles themselves and the pile joints connecting these piles.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the threaded joint shown in the above-mentioned conventional publicly known technology can be used for connection when installing a pre-made pile in a pile hole excavated in the ground, but without providing a pile hole in the ground. When a spiral blade is installed on the outer periphery of the pile, and the ground is cut with the spiral blade while twisting torque is applied to the pile, and the pile is buried in the soil-free rotary burial method. There were many problems as follows.
[0005]
In other words, in the non-exhaust soil rotary burying method, depending on the properties of the ground where the piles are buried, it is necessary to construct the piles by combining the work of pulling them out while reversing the piles. Similarly, the forward and reverse forces acted on the joint part, and a large shaft torque was applied to the joint part. When such a large shaft torque is applied to the threaded joint, the above-mentioned conventional well-known pile joint does not have adequate anti-reverse measures, so the threaded joint has no connection. There was a problem of loosening by reversing.
[0006]
Since the conventional threaded pile joints mentioned above do not have appropriate anti-reverse measures, the only way to connect piles that will eventually be used for non-exhaust soil rotary burial is to rely on welded joints that have been used for a long time. There was no actual situation.
[0007]
However, in the structure in which ready-made piles are connected by welding, the overall structure is simple, but there is a problem that it is difficult to maintain the vertical accuracy of the piles. Furthermore, when performing the welding work of piles, there were many problems such as inability to perform construction in rainy weather that required skill and would cause an electric shock accident.
[0008]
Furthermore, even if a locking prevention mechanism is incorporated in a threaded pile joint, the rotation angle is a problem, and the joint surface opens until the reverse rotation locking mechanism incorporated in the joint acts. However, even if it was possible to prevent loosening, mud soil entered the gap during the forward rotation of the pile and this caused trouble in the joint, and the reliability of the joint became reliable. There was also a problem to lose.
[0009]
In general, when piles are constructed using the earthless rotary burying method, the piles are rotated forward at about 60% of the maximum torque that can be generated by the rotary burying equipment, but it is necessary to reverse the piles. If an unexpected situation occurs, 100% reverse torque must be applied. Accordingly, the pile joint at the time of reverse rotation needs a loosening mechanism that can sufficiently withstand the maximum torque generated by the rotary embedding device.
[0010]
The threaded pile joint according to the present invention is a completely new technology developed in view of the above-mentioned many problems of the prior art, and can maintain the verticality of piles to be joined, and can be joined very easily. Provided is a threaded pile joint technology that can be constructed, and further prevents loosening of the joint even when the pile and its joint are reversed in the earthless rotary burying method. .
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The threaded pile joint according to the present invention is a technique that fundamentally improves the above-mentioned conventional problems, and the gist of the first invention is between a male joint and a female joint that are screw-connected to each other. In a pile joint in which a ring-shaped reverse rotation locking member is interposed, a plurality of protrusions having a downward gradient of 3 ° to 6 ° are provided on one surface of the ring-shaped reverse rotation locking member. The entire area of one surface of the ring-shaped reverse rotation locking member provided with the protrusions is one-third or more of the total area of the screw contact surfaces of the male joint and female joint, and the male joint and female It is a threaded pile joint characterized by having an area of 130 to 160% of the area of the surface that is pressed against and brought into contact with the joint.
[0012]
Further, the gist of the second invention of the present invention is that the ring-shaped reverse locking member interposed between the male joint and the female joint is composed of a single member or a pair of two members. This is a threaded pile joint.
[0013]
The threaded pile joint according to the present invention includes a ring-shaped reverse locking member having a plurality of protrusions having a downward slope in the screw tightening direction on one surface and a slip stopper on one surface. It is configured to be interposed between a joint and a female joint.
[0014]
Moreover, there are a case where two ring-shaped reverse rotation locking members are used as a pair and a case where a single one is used. In the former case, each ring-shaped reverse rotation locking member is attached to a male joint and a female joint, respectively, and the pair of ring-shaped reverse rotation locking members are engaged with each other. In the latter case, one ring-shaped reverse rotation-retaining member is attached to the male joint or female joint, and the ring-shaped reverse rotation-relaxation member is not attached to a predetermined portion of the other joint where the ring-shaped reverse rotation prevention member is not attached. This is a case where an uneven surface that can mesh with an uneven surface provided on one surface of the stop member is provided.
[0015]
Furthermore, the place where the ring-shaped reverse rotation / loosening member is attached or the place where the concave / convex surface capable of meshing with the uneven surface on one surface of the ring-shaped reverse rotation / loosening member is provided in two locations, a male joint and a female joint. Is possible. In other words, the male joint can have a tip portion and an outer diameter base portion, and the female joint can have an inner bottom portion and a tip portion.
[0016]
In the pile joint of the present invention, a ring-shaped reverse rotation locking member having a downward slope in the screw tightening direction and having a lead angle larger than the lead angle of the screw is disposed between the male joint and the female joint. Therefore, when reverse torque acts on the pile and the joint of this pile, this ring-shaped reverse rotation locking member generates a repulsive force, and the joint is loosened against the frictional force of the screw. Can be prevented.
[0017]
Since the pile joint according to the present invention is a pile that supports a structure, it is impossible to guarantee all loads acting on the pile unless the concentricity and the verticality are maintained at the joint surface as described above. Generally, under the guidance of the Ministry of Construction, the guaranteed strength of this part is reduced by 5%, referred to as welded joint efficiency. This is based on the fact that it is difficult to manage the joining conditions because it is an on-site welding operation, and that the verticality of the two piles, which are the pillars, can only be confirmed with respect to the width of the joining surface. It has been.
[0018]
In the pile joint according to the present invention, since the bondability is managed and guaranteed in factory production, reduction need not be considered. In the case of joining, if it is tightened with a prescribed torque, a very slight elastic deformation occurs on the joining surface, and the joining can be made more reliable.
[0019]
That is, when the pile rotates in the forward rotation direction and the male joint and the female joint are joined to each other with the prescribed torque at the threaded portion, the ring-shaped reverse locking member interposed between the male joint and the female joint A plurality of protrusions on one surface are meshed with each other, whereby all axial forces generated by torsional torque can be supported on the one surface.
[0020]
However, when the pile reverses as described above, the plurality of protrusions provided on the male joint and the female joint move in different directions, so that the ring-shaped reverse rotation provided with this protrusion is provided. It becomes difficult to support all axial forces generated by torsional torque on one surface of the locking member. Therefore, it is necessary to make the contact area of one surface of the ring-shaped reverse locking member large.
[0021]
As described above, in the threaded pile joint of the present invention, the ring-shaped reverse rotation locking member having a concave and convex cam surface made up of a plurality of downwardly projecting protrusions on one surface is connected to a male joint and a female joint. Since the male and female joints are screw-joined between the joints, the cam surfaces of both sides begin to climb up the protruding part due to relative motion, and the axial clearance of the thread part disappears, so the ring-shaped reverse rotation The male joint and the female joint can be tied together and stably fixed in a state balanced with the force generated in the axial direction by the engagement action of the cam of the locking member.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the threaded joint according to the present invention will be specifically described with reference to the drawings. FIGS. 1A and 1B are longitudinal sectional explanatory views showing the structure of the pile joint of the first embodiment according to the present invention. 2 is a perspective explanatory view of the ring-shaped reverse rotation locking member, FIGS. 3A and 3B are side and front views of the ring-shaped reverse rotation locking member of FIG. 2, and FIG. FIG. 5 is an explanatory view showing the relationship between the contact surface and the contact surface of the screw portion, and FIG.
[0023]
FIG. 6 is an explanatory view for comparing the strength when the male and female joints are in contact with each other by one place, and FIGS. 7A and 7B show the second embodiment of the present invention. FIG. 8A and FIG. 8B are longitudinal sectional explanatory views showing the pile joints of the third embodiment and the fourth embodiment, and FIG. 9A and FIG. ) Is a longitudinal sectional explanatory view showing a pile joint of the fifth embodiment, FIGS. 10A and 10B are longitudinal sectional explanatory views showing a pile joint of the sixth embodiment, and FIG. 11A is a reverse locking mechanism. FIG. 11B is a diagram showing the force relationship on the slope surface of the reverse rotation prevention mechanism, and FIG. 12 shows the result of a torsion test of the pile joint having the reverse rotation prevention mechanism of the present invention. FIG.
[0024]
In FIGS. 1 (A) and 1 (B), 1 and 2 are steel pipe pile bodies, a cylindrical male joint 3 is attached to the end of the
[0025]
On the outer peripheral wall of the
[0026]
In the above embodiment, the outer
[0027]
Next, in FIGS. 1 to 3,
[0028]
The ring-shaped
[0029]
In FIG. 3A, the downward gradient angles 12α of the plurality of protrusions respectively provided on the one
[0030]
The reason for this is that when a reverse force is applied to the
[0031]
As described above, the ring-shaped reverse
[0032]
In the present invention, as described above, the downward slope angle 12α of the protrusion provided on the ring-shaped reverse rotation-retaining
[0033]
Next, the shape of the ring-shaped reverse rotation / loosening
[0034]
For example, when the steel pipe piles 1 and 2 having a fastening torque of 3 tons-m, the effective diameter of the
[0035]
As a result, the total area of the one
[0036]
The reason why the area of the one
[0037]
Further, as described above, it is as shown in FIG. 4 that the area of the one
[0038]
Further, the area of the one
[0039]
As described above, the contact area between the ring-shaped reverse
[0040]
As shown in the graph of FIG. 6, it is also clear that the strength of the connection of the pile joint can be increased by pressing the
[0041]
In the first embodiment, the ring-shaped reverse
[0042]
In the third and fourth embodiments shown in FIGS. 8A and 8B, the ring-shaped reverse
[0043]
In the above embodiment, one ring-shaped reverse rotation-retaining
[0044]
FIG. 11 (A) is an explanatory view of the operation of the reverse rotation locking mechanism, and numerically describes the case where the lead of the pile joint screw is set to 6 mm and the lead of the ring-shaped reverse rotation locking member is set to 48 mm. It is as follows. The lead is an amount that advances when the screw rotates 360 degrees. For example, if the pair of ring-shaped reverse rotation locking members act when they are relatively displaced by 15 degrees, the screw is loosened by 0.25 mm, but the ring-shaped reverse rotation locking members are loosened by 2 mm, and the difference is 1.75 mm. It is clear that acts on the thread portion of the male-female joint as a binding force.
[0045]
The above relationship will be described in further detail with mathematical formulas as follows. That is, the number of protrusions on one
[0046]
After the male and
[0047]
Moreover, the figure shown to FIG. 11 (B) is a figure which displays the force relationship in the gradient surface of a reverse rotation rotation prevention mechanism, and shows the relationship of the frictional resistance force requested | required by the one back surface of a ring-shaped reverse rotation rotation prevention member. FIG. The slip prevention of one surface of the ring-shaped reverse rotation-retaining member, as is apparent by expressing the force relationship of the sloped surface in FIG. 11B, the axial force W generated by the screw tightening force, It is given as a relation between the angle α ° and the friction coefficient μ of the surface. That is, there is a relationship of F = W × tan α between the above symbols. From this, it was found that the frictional resistance required for anti-slip on one back surface needs to be set so as to give a value larger than this value, and the experimental result is expressed as F = Cn + tan 5.71. Here, C is the frictional force per slipper, and n is the number of slippers to be installed.
[0048]
When the torsion test was performed on the pile joint of the first example according to the present invention, the result as shown in the graph of FIG. 12 was obtained. That is, this graph shows a process in which a reverse torque is applied to loosen after tightening by applying a torque of about 3 ton-m to the pile joint. As is apparent from this graph, it was revealed that the joint tightened with a tightening torque of about 3 tons-m does not loosen even when subjected to a reverse torque of about 5 tons-m.
[0049]
【The invention's effect】
Since the threaded pile joint according to the present invention has the above-described structure and action, the following great effects can be obtained by implementing the threaded pile joint of the present invention.
[0050]
(1) In the present invention, since a ring-shaped reverse rotation locking member is interposed between the male and female joints, the ring-shaped reverse rotation locking member causes loosening due to reverse rotation at the connecting portion of the male and female joints. It can be prevented from occurring. (2) By connecting the male and female joints so as to satisfy the conditions described in
[Brief description of the drawings]
1A and 1B are longitudinal sectional explanatory views showing the structure of a pile joint of a first embodiment according to the present invention.
FIG. 2 is a perspective explanatory view of a ring-shaped reverse rotation locking member.
FIGS. 3A and 3B are a side view and a front view of the ring-shaped reverse rotation locking member of FIG.
FIG. 4 is an explanatory view showing a relationship between a surface of the male and female joints pressed against each other and a contact surface of the screw portion.
FIG. 5 is an explanatory view showing a relationship between two locations where the male and female joints are pressed against each other.
FIG. 6 is an explanatory diagram for comparing the strengths when the male and female joints are in contact with each other by being pressed at one place and at two places.
7 (A) and 7 (B) are longitudinal sectional explanatory views showing a pile joint of a second embodiment of the present invention.
FIGS. 8A and 8B are longitudinal sectional explanatory views showing pile joints of the third embodiment and the fourth embodiment, respectively.
FIGS. 9A and 9B are longitudinal sectional explanatory views showing a pile joint of a fifth embodiment.
FIGS. 10A and 10B are longitudinal sectional explanatory views showing a pile joint of a sixth embodiment.
FIG. 11 (A) is a diagram for explaining the operation of the reverse rotation locking mechanism, and FIG. 11 (B) is a diagram for displaying the force relationship on the slope surface of the reverse rotation locking mechanism.
FIG. 12 is a graph showing the results of a twist test of a pile joint equipped with the reverse rotation locking mechanism of the present invention.
[Explanation of symbols]
1,2 Pile body
3 Male fitting
4 Female fitting
5 steps
6 Outer diameter base
7 Screw part
8 steps
9 Screw part
10 Inner bottom
11 V groove
12,13,14,15,15 Ring-shaped reverse rotation locking member
12a, 13a, 14a, 15a Single surface
12b, 13b, 14b, 15b Single side
16,17,18,19 Ring-shaped reverse rotation locking member
16a, 17a, 18a, 19a Single surface
16b, 17b, 18b, 19b Single side
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